Q valore

In fisica nucleare e in chimica nucleare, il Q valore per una reazione nucleare è l'ammontare di energia rilasciata o assorbita dalla reazione.

Considerata la semplice reazione

$a+b\to c+d$

la legge di conservazione dell'energia può essere espressa come

$m_a{c}^2+K_a+m_b{c}^2+K_b=m_c{c}^2+K_c+m_d{c}^2+K_d$

dove $K$ è l'energia cinetica ed $m$ è la massa a riposo. Riscrivendo tale relazione nella forma

$(m_a+m_b-m_c-m_d)c^2=K_c+K_d-K_a-K_b$

è possibile definire il $Q$ valore come:

$Q=-(K_{iniziale}-K_{finale})=(m_{iniziale}-m_{finale})c^2$

Una reazione con un $Q$ valore positivo $(Q>0)$ è detta esotermica poiché rilascia energia, in quanto l'energia cinetica finale è maggiore di quella iniziale. Una reazione con un $Q$ valore negativo $(Q<0)$ è detta endotermica poiché assorbe energia, in quanto l'energia cinetica finale è minore di quella iniziale.

Il $Q$ valore è utilizzato anche in fisica delle particelle, per esempio nella Sargent's rule, che afferma che la frequenza delle interazioni deboli è proporzionale a $Q^5$. Il $Q$ valore corrisponde all'energia cinetica rilasciata nel decadimento della particella a riposo. Per esempio, nel decadimento beta del neutrone:

$Q=(m_{\text{n}}-m_{\text{p}}-m_{\bar{\mathrm{\nu }}}-m_{\text{e}})c^2$

dove $m_n$ è la massa del neutrone, $m_p$ è la massa del protone, $m_{\overline{\nu }}$ è la massa dell'antineutrino elettronico ed $m_e$ è la massa dell'elettrone.

Bibliografia

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